Усі лабораторні роботи. 6-11 класи

Лабораторні роботи № 3-5

Будова клітин прокаріотів, рослин і тварин

Мета: вивчити особливості будови клітин прокаріотів і еукаріотів; навчитися розпізнавати на схемах, постійних мікропрепаратах, мікрофотографіях прокаріотичні та еукаріотичні клітини.

Обладнання і матеріали: мікроскопи, предметні і накривні скельця, пінцети, скляні і дерев’яні палички, препарувальні голки; постійні мікропрепарати бактерій, епітелію ротової порожнини, шкірки цибулі, гіфів гриба мукора; електронно-мікроскопічні фотографи клітин бактерій, тварин, рослин і грибів.

Хід роботи

1. Підготуйте мікроскоп до роботи.

2. При малому збільшенні мікроскопа на постійних мікропрепаратах знайдіть клітини бактерій, грибів, рослин, тварин.

3. За відсутності постійних мікропрепаратів виготовте тимчасові:

а) стерилізованою скляною або дерев’яною паличкою зніміть з поверхні зубів наліт навколо ясен, перенесіть його на предметне скло і накрийте накривним скельцем;
б) виготовте препарат епітелію ротової порожнини в краплині слини, для чого проведіть скляною паличкою по внутрішній поверхні щоки, перенесіть мазок на предметне скло;
в) виготовте препарат шкірки м’ясистої луски цибулі, для чого перенесіть шкірку на предметне скло у краплину води та накрийте накривним скельцем;
г) зберіть зі шматка хліба або овочів цвіль білого кольору — грибницю мукора; розмістіть її на предметному склі та накрийте накривним скельцем.

4. Розгляньте при великому збільшенні мікроскопа клітини бактерій, грибів, рослин і тварин. Порівняйте особливості їх будови.

5. Роздивіться електронно-мікроскопічні фотографії клітин бактерій, грибів, рослин і тварин. Знайдіть клітинну стінку, плазматичну мембрану, ядро, ендоплазматичну сітку, комплекс Гольджі, мітохондрії, пластиди, вакуолі.

6. Зробіть висновки.

Виконання роботи

Клітина — основна структурно-функціональна одиниця всіх живих організмів, елементарна біологічна система. На клітинному рівні організації повністю проявляються всі основні властивості живого: обмін речовин і перетворення енергії, здатність до росту і розмноження, руху, збереження і передача спадкової інформації нащадкам тощо.

Існують одноклітинні та багатоклітинні організми. Клітина одноклітинних істот одночасно є і цілісним самостійним організмом, який здійснює всі життєві функції. Тому клітини одноклітинних часто організовані складніше, ніж багатоклітинних. Клітини багатоклітинних істот відрізняються за особливостями будови: вони спеціалізуються на здійсненні лише певних функцій. Функціонування багатоклітинних організмів як цілісних біологічних систем можливе лише внаслідок взаємодії клітин різних типів.

Залежно від рівня організації клітин, всі організми поділяють на два надцарства: Прокаріоти та Еукаріоти. Клітини прокаріотів — бактерій і ціанобактерій — не мають ядра та більшості інших органел. Натомість клітини еукаріотів — грибів, рослин і тварин — організовані складніше — зокрема, завжди вміщують одне або кілька ядер та різноманітні органели. Клітини складаються з поверхневого апарату та цитоплазми. Поверхневий апарат оточує внутрішній вміст клітини. До його складу входять плазматична мембрана, надмембранні та підмембранні структури. Внутрішнє середовище клітини — цитоплазма, у клітин еукаріотів розташована між плазматичною мембраною та ядром. До її складу входять різні органічні та неорганічні сполуки, а також клітинні структури: органели та включення. Органели — постійні клітинні структури, кожна з яких виконує певні функції. Клітинні включення — непостійні структури клітини, які можуть з’являтися та зникати у процесі життєдіяльності клітини.

Усі клітини обмежені плазматичною мембраною, яка забезпечує обмін речовин із навколишнім середовищем, а в багатоклітинних організмах — взаємодію клітин між собою. Внутрішнє середовище клітини поділене внутрішньоклітинними мембранами на окремі функціональні ділянки. Це необхідно для розміщення певних молекул (ферментів, пігментів та ін.), а також розділу просторово несумісних процесів обміну речовин та перетворення енергії, захисту певних ділянок клітини від дії ферментів тощо.

Усі різноманітні мембранні структури клітин мають подібний хімічний склад та особливості організації. Клітинні мембрани складаються з ліпідів, білків і вуглеводів. Молекули ліпідів розташовані у два шари. Білки розміщені мозаїчно: одні з них перебувають на зовнішній або на внутрішній поверхнях мембран, інші — заглиблені у товщу мембрани або перетинають мембрану наскрізь. Мембранні вуглеводи утворюють комплекси з молекулами білків або ліпідів. Різні сполуки, необхідні для життєдіяльності клітин, а також продукти обміну речовин перетинають плазматичну мембрану за допомогою механізмів пасивного чи активного транспорту. Прикладом пасивного транспорту є дифузія. Активний транспорт через біологічні мембрани пов’язаний зі значними витратами енергії і здійснюється за допомогою калій-натрієвого насоса чи цитозу. Розрізняють два основні види цитозу: фаго- і піноцитоз. Завдяки фагоцитозу деякі тваринні клітини захоплюють тверді частки, піноцитозу — клітини всіх організмів поглинають розчини.

Над плазматичною мембраною розташований поверхневий апарат. У клітинах грибів і рослин плазматична мембрана ззовні вкрита більш-менш щільною клітинною стінкою. У рослин вона включає зібрані в пучечки водонерозчинні волоконця полісахариду целюлози та своєрідний каркас (матрикс). Матрикс утворений іншими полісахаридами, наприклад пектином, геміцелюлозою.

Залежно від типу тканин і виконуваних ними функцій, до складу клітинної стінки рослин можуть входити й інші речовини: ліпіди, білки, неорганічні сполуки (діоксид силіцію SiO₂, карбонати та фосфати кальцію тощо). Клітинні стінки здатні дерев’яніти, тобто проміжки між волоконцями целюлози заповнює полісахарид лігнін, який надає стінкам додаткової міцності.

У різних груп грибів основу клітинної стінки складають полісахариди. Крім целюлози, це може бути нітрогеновмісний полісахарид хітин, який підвищує міцність, глікоген тощо. До складу клітинних стінок деяких грибів можуть входити темні пігменти (меланіни ) та інші сполуки.

Основна функція клітинної стінки — опорна, для підтримання форми клітини. Інші функції — захисна: охорона внутрішнього вмісту клітини від механічних ушкоджень і транспортна: переміщення води та інших сполук у клітину та за її межі.

Клітинна стінка має багато дрібних отворів — пор, які сполучаються з подібними утворами сусідніх клітин. Через них вміст однієї клітини з’єднується з вмістом сусідніх за допомогою цитоплазматичних тяжів — плазмодесм.

Надмембранні комплекси тваринних клітин представлені глікокаліксом. Цей тоненький шар (у декілька десятків нанометрів завтовшки) складається зі сполук білків і ліпідів з вуглеводами. Глікокалікс забезпечує зв’язок клітини з навколишнім середовищем, через нього клітина сприймає подразники довкілля. Завдяки наявності ферментів, глікокалікс може брати участь у позаклітинному травленні. Крім того, він забезпечує зв’язок між клітинами у багатоклітинних тварин.

Цитоскелет належать до підмембранних комплексів клітин. Він утворений з білкових структур — мікрониток (мікрофіламентів) і мікротрубочок, які виконують опорну функцію. Елементи цитоскелета сприяють закріпленню в певному положенні органел і їх переміщенню в клітині.

Ядро — обов’язкова складова будь-якої еукаріотичної клітини, у якій зберігається спадкова інформація. Лише деякі типи клітин еукаріотів втрачають ядро у процесі свого розвитку, наприклад еритроцити ссавців чи ситоподібні трубки рослин. У багатьох клітин є лише одне ядро, але є клітини, які містять кілька або багато ядер. Клітини прокаріотів — бактерій і ціанобактерій — не мають сформованого ядра. Їх спадковий матеріал не відокремлений від цитоплазми мембранною оболонкою та представлений кільцеподібною молекулою ДНК. Вона прикріплена до внутрішньої поверхні плазматичної мембрани.

Вакуолі — порожнини, оточені мембраною і заповнені рідиною. У травних вакуолях перетравлюються поживні речовини та мікроорганізми, що надходять у клітину. Вакуолі рослинних клітин заповнені клітинним соком, їх функції: підтримання внутрішньоклітинного тиску, накопичення запасних поживних речовин, кінцевих продуктів обміну або пігментів. Скоротливі вакуолі трапляються у клітинах прісноводних одноклітинних тварин і водоростей. Вони регулюють внутрішньоклітинний тиск. Крім того, ці органели забезпечують виведення з клітини деяких розчинних продуктів обміну речовин.

Комплекс Гольджі включає купку пласких мішечків, оточених мембранами — диктіосом, поруч з ними розташовані пухирці та канальці. Функції комплексу Гольджі: накопичення і зміна речовин, їхнє пакування у мембрани, транспорт пухирців по клітині або виведення за її межі. Крім того, ця органела забезпечує синтез деяких полісахаридів.

Мітохондрії та пластиди — органели клітин еукаріотів, поверхневий апарат яких складається з двох мембран.

Зовнішня мембрана мітохондрій гладенька, а внутрішня утворює вгини всередину органели — кристи. На поверхні внутрішньої мембрани є грибоподібні утвори — АТФ-соми, які містять комплекс ферментів, необхідних для синтезу АТФ. Внутрішній простір мітохондрій заповнений напіврідкою речовиною — матриксом, де містяться рибосоми, молекули ДНК, іРНК, тРНК тощо. Основна функція мітохондрій — синтез АТФ.

Пластиди — органели клітин рослин і деяких одноклітинних тварин. Відомо три типи пластид — хлоропласти, хромопласти, лейкопласти, які різняться за забарвленням, особливостями будови та функціями.

Хлоропласти — пластиди зеленого кольору, який зумовлений пігментом хлорофілом. У них відбуваються процеси фотосинтезу. Зовнішня мембрана хлоропластів гладенька, а внутрішня утворює вирости, спрямовані всередину матрикса. Одні з них — ламели — мають вигляд пласких видовжених складок (у вигляді канальців або пухирців). Між ламелами розташовані інші вирости внутрішньої мембрани хлоропластів — тилакоїди, які нагадують сплющені вакуолі або мішечки. Тилакоїди зібрані у групи — грани. У тилакоїдах містяться основні пігменти (зокрема, хлорофіли) та всі ферменти, необхідні для здійснення фотосинтезу.

Лейкопласти — безбарвні пластиди різноманітної форми, у яких запасаються деякі сполуки (крохмаль, білки тощо). У них відсутня розвинена системи ламел.

Хромопласти — пластиди, забарвлені в різні кольори. Хромопласти надають певного забарвлення пелюсткам квіток, плодам, листкам тощо. Внутрішня система мембран у хромопластах відсутня або ж утворена окремими тилакоїдами.

Рис. 1. Мазок з зубного нальоту, у якому можна побачити різноманітних представників мікробної флори порожнини рота: палочкоподібні, кокоподібні форми, великі фузо-бактерії, звиті форми

Рис 2. Епітелій ротової порожнини

Рис. 3. Клітини шкірки м’ясистої луски цибулини: А - цибуля; Б - клітини епідерми; В - окрема клітина; 1 - оболонка клітини, 2 - цитоплазма, 3 - ядро, 4 - ядерце, 5 - вакуоль